[发明专利]用于检测压缩机中的喘振和重设喘振裕度的装置和方法

说明书

技术领域

本文公开的主题的实施例总体上涉及在基于排气压力的变化中的模式识别检测出发生喘振事件之后重设喘振裕度的方法和装置。

背景技术

离心压缩机是一类径向流动的耗功(work-absorbing)涡轮机械。在离心压缩机中，通过经由压缩机的转子或叶轮的旋转对连续的流体流增加动能/速度而升高压力。离心压缩机频繁用于天然气的管道输送以使来自生产地的气体移动至消费者，用于精炼厂、制冷系统、燃气涡轮机等。

离心压缩机的操作可能受喘振的发生影响。经过压缩机的流体流的压力从在压缩机的输入处的喘振压力升高到在压缩机的输出处的排放压力。喘振现象发生在压缩机不能增加足够的能量以克服系统阻力时，这导致流量和排放压力迅速下降。喘振可伴有高振动、升温和轴向推力的迅速改变。这些效应可能损坏压缩机。包括压缩机的大部分系统设计成承受偶尔的喘振。然而，反复和长时间持续的喘振可能导致灾难性的故障。

在喘振事件期间的系统操作是不稳定的。因此，工程师通过调节输入压缩机和从压缩机排放的流体的压力的比值(rate)、流体流量或可以控制的其它参数来设法远离压缩机的稳定极限操作压缩机。喘振裕度提供了压缩机的操作状态与喘振状态的接近程度的衡量。可使用各种参数来评价喘振裕度。例如，喘振裕度可为工程师认为安全(即，预计不会发生喘振)的进入压缩机的流体流量输入与可能发生喘振所处的喘振流体流量的比值，除流体流量以外所有其它操作条件(例如，喘振压力和排放压力的比值)都相同。

图1示出了包括膨胀机10和压缩机20的常规系统1的图。常规系统1包括提供从压缩机20的输出32到压缩机20的输入34的流路的防喘振流动再循环回路30。喘振检测装置40和防喘振阀50沿着防喘振流动再循环回路30定位。防喘振流动再循环回路30也可包括气体冷却器60和流动元件70。

取决于防喘振阀50的操作状态，可从压缩机20的输出32到压缩机20的输入34回收气流。当检测装置检测到喘振趋势时，防喘振流动阀50操作以通过调节流量来破坏喘振循环，以逆转喘振趋势。通常，防喘振控制和喘振检测是独立的。常规的喘振检测仅可使系统跳机(trip)。

喘振冲击是以喘振趋势的出现为特征的事件。由于喘振事件潜在的灾难性效应，希望以充分的喘振裕度来操作系统，从而避免任何喘振事件的发生。

喘振检测装置40可通过监视在压缩机20的输出32处的排放压力(p_d)来检测喘振趋势的出现。通常，当排放压力迅速降低时检测出喘振趋势(即，基于排放压力相对于时间的一阶导数)。排放压力的一阶导数在图1中的喘振检测装置40中机械地算出，但它也可备选地基于以下参考图2所述的电子喘振检测装置中的信号处理以电子的方式获得。

图2示出了常规电子喘振检测装置100的方框图。排放压力(V)输入到计算方框110和加/减方框120。时间参数(T)也输入到计算方框110。计算方框110输出与利用带有时间常数T的一阶延迟滤波器获得的排放压力(V)成正比的值。

加/减方框120将由方框110输出的值减去排放压力，并向比较方框130输出等于-p_dTs/(1+Ts)的值(A)(以拉普拉斯变换命名法表示)。如果从方框120收到的值(A)大于分开输入到比较方框130的预定值(B)，则比较方框130向事件计数器方框140发送信号。

事件计数器140在预定的时间间隔(T3_喘振)内记录从比较方框130收到的代表喘振冲击的信号的数目，该数目的值分开输入到事件计数器140。如果在等于预定时间间隔(T3_喘振)的周期期间发生两次或更多次喘振冲击，则事件计数器140输出警报信号。如果在等于预定时间间隔(T3_喘振)的周期期间发生三次或更多次喘振冲击，则事件计数器140输出跳机信号，用信号通知系统即将来临的跳机(即，停机)。

常规喘振检测具有喘振冲击检测仅依赖于瞬时排放压力斜率(即，排放压力的第一导数)的缺点。然而，典型地在喘振趋势之后出现的排放压力相对于时间的模式(pattern)具有更复杂的特征。例如，在排放压力在相对短时间内突然下降之后，达到最低压力值，且随后排放压力再次升高。这种喘振模式的常规识别是不可靠的，因为它仅考虑了排放压力在喘振冲击开始时的第一时间导数。